CN116231972B - 绕线式感应水轮发电机转子绕组温度检测的系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绕线式感应水轮发电机转子绕组温度检测的系统与方法，其中系统包括：绕线型转子，包括多个转子齿，其中若干个转子齿的中心处设有槽；螺旋线圈，包括热敏电阻，嵌放于所述转子齿的槽中；电压模块，与所述螺旋线圈连接，用于为所述螺旋线圈提供恒定的直流电压，以使所述螺旋线圈产生电流；采集分析模块，用于采集螺旋线圈产生的磁场信息，并根据磁场信息分析获取绕线型转子上的温度数据。本发明能够完成对运行过程中的绕线式感应水轮发电机转子中心部位绕组温度状态的在线监测，并保证较高精度，为水力发电过程中电机的稳定运行提供保障，为电机状态安全提供参考数据，延长机组寿命。本发明可广泛应用于水轮发电机技术领域。

Description

绕线式感应水轮发电机转子绕组温度检测的系统与方法

技术领域

本发明涉及水轮发电机技术领域，尤其涉及一种绕线式感应水轮发电机转子绕组温度检测的系统与方法。

背景技术

可再生能源作为绿色低碳能源，使用可再生能源进行发电可以大幅减低碳排放，节约天然资源，保护生态环境。而水力发电是一种重要的可再生能源发电方式，在目前各类可再生能源发电系统中占有较高的比重；且小型水电站更是现阶段我国分布式新能源发电的主要手段之一。传统的水力发电机采用电励磁同步电机形式，发电机最优转速工作点难以调节，系统运行效率和发电能力受水位条件影响较大，发电负荷难以随实际条件调整优化。

采用绕线式感应电机的双馈发电机已在风力发电领域广泛应用，其具有的特点同样适用于水力发电系统，尤其是小型水电站这类新能源发电系统。采用绕线式感应电机的水轮发电机，可以根据要求调节发电机转速，实现变速恒频发电并兼顾出力要求，依据实际环境情况进行发电机负荷优化调节，提高系统运行效率。故而现今已出现了将传统电励磁水轮机保持定子结构不改变，而将电励磁转子替换为绕线型异步电机转子的水力发电机升级改造方式。但由于水轮发电机功率相对较大，导线发热问题较为严重，需要实时评估导线温度状态，而绕线式转子不同于定子，工作过程中始终保持旋转运动状态，对于转子绕组，尤其是发热严重的位于转子轴向结构中心处导线温度的测量难度加大，传统定子温度检测方法如埋置热电偶等方法不再适用。而若使用无线传感器对转子轴向结构中心部位绕组温度进行检测，在水轮发电机较大功率强磁场干扰情况下信号传输极有可能受到影响；且传感器属于精密仪器，位于转子部位的传感器由于空间狭小，在电机工作时容易损坏，上述情况都会导致传感器所读取温度的不确定性增高，维护成本增加。寻找出一种可行的温度检测方法对保障绕线式转子水轮发电机的安全稳定运行是很有必要的。

发明内容

为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种绕线式感应水轮发电机转子绕组温度检测的系统与方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种绕线式感应水轮发电机转子绕组温度检测的系统，包括：

绕线型转子，包括多个转子齿，其中若干个转子齿的中心处设有槽；

螺旋线圈，包括热敏电阻，嵌放于所述转子齿的槽中；螺旋线圈包括热敏电阻指的是螺旋线圈的阻值随着温度的变化而变化，即在不同的温度下，螺旋线圈的阻值不同；具体地，该螺旋线圈可采用热敏电阻制成，也可以是该螺旋线圈中包括热敏电阻部分；

电压模块，与所述螺旋线圈连接，用于为所述螺旋线圈提供恒定的直流电压，以使所述螺旋线圈产生电流；

采集分析模块，用于采集螺旋线圈产生的磁场信息，并根据磁场信息分析获取绕线型转子上的温度数据。

进一步地，所述电压模块包括：

AC/DC变换器，与绕线式水轮发电机的转子集电环连接，用于将三相交流电压转换为直流电压；

直流稳压升压电源，所述直流稳压升压电源的一端与所述AC/DC变换器连接，另一端与所述螺旋线圈连接，用于稳定转换后的直流电压的电压值，以使螺旋线圈上的电压不变。

进一步地，所述转子齿的槽为圆槽，且槽深度与转子绕组槽深一致；需要开槽的转子齿的数量根据所述螺旋线圈的总个数进行确定。

进一步地，所述螺旋线圈的线圈匝数N_q等于转子绕组匝数N_r，所有的螺旋线圈嵌放好后引出头尾部按电流产生磁场的规律进行连接。

进一步地，所述螺旋线圈连接后形成的磁极对数p_L不等于转子槽数Q₂的整数倍，磁极对数p_L是总螺旋线圈个数的一半。

进一步地，所述磁极对数p_L与转子槽数Q₂的关系如下：

p_L/Q₂＝分数

根据电机电磁场原理，当磁极对数p_L不等于转子槽数Q₂的整数倍时，三相感应电机本身产生的气隙磁场中，k(1-s)次谐波含量非常少。

本发明所采用的另一技术方案是：

一种绕线式感应水轮发电机转子绕组温度检测的方法，包括以下步骤：

将螺旋线圈嵌放在绕线型转子的转子齿的槽中；其中所述螺旋线圈包括热敏电阻；

为所述螺旋线圈提供恒定的直流电压，以使螺旋线圈上产生电流；

采集螺旋线圈产生的磁场信息，根据磁场信息分析获取绕线型转子上的温度数据。

进一步地，所述采集螺旋线圈产生的磁场信息，根据磁场信息分析获取绕线型转子上的温度数据，包括：

由于热敏电阻的阻值会随温度变化而改变，在通入螺旋线圈中的电压不变的情况下，线圈中电流根据阻值变化而变化，从而导致线圈中产生的磁场强度发生改变，进而影响到频率f₁下反电势的大小；

根据频率f₁下反电势幅值与转子温度之间的关系，获取绕线型转子上的温度数据。

进一步地，所述频率f₁的表达式如下：

其中，k为螺旋线圈形成的磁极对数p_L与电机磁极对数p_m之比，s为绕线式水轮发电机运行时的转差率，f为发电机电动势频率。

进一步地，所述方法还包括预先获取频率f₁下反电势幅值与转子温度之间关系的步骤：

A1、在绕线式转子中心位置处埋入热电偶，使转子处于静止状态，并在转子绕组中通入电流，在电流作用下绕组开始发热，由于处于静止状态，热电偶可以测量绕线式转子中心位置处导线温度值，根据绝缘能力设定起始检测温度值；

A2、当测得的转子中心绕组温度达到起始检测温度值时立即断开电流和热电偶检测端，用原动机拖动方式使转子达到额定转速，测试此时的定子反电动势波形；

A3、步骤A2测试完毕后重新使转子回到静止状态，接入热电偶检测端，通过预设方式使热电偶检测温度值稳定处于起始检测温度值的预设保持时间后再次断开，采取预设方式测试此时定子反电动势波形；

A4、步骤A3结束后再次恢复静止状态，接入热电偶检测端，通入预设电流继续对转子绕组加热，通过设置检测温升间隔，在检测到温度达到设置间隔温度时立即断开电流和热电偶检测端重复步骤A2过程，测试完毕重复步骤A3过程，测试稳态温度状态下定子反电动势波形；

A5、根据绝缘等级设定截止温度，测试完转子中心绕组温度的截止温度稳态状态下定子反电动势波形，结束实验。

本发明的有益效果是：本发明在发电机运行时无需传感器和热电偶，能够完成对运行过程中的绕线式感应水轮发电机转子中心部位绕组温度状态的实时在线监测，并保证较高的精度，由于无需传感器故而降低了检测系统的故障率、维护难度与成本，为水力发电过程中发电机的状态安全提供参考数据，配合发电控制系统保障发电机的稳定运行，延长机组寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。

图1是一般的绕线式感应水轮发电机转子铁心的示意图；

图2是本发明实施例中转子齿部开槽在沿转轴方向上的开槽位置的示意图；

图3是本发明实施例中转子齿部开槽在电机径向平面一个齿上的开槽位置的示意图；

图4是本发明实施例中每个齿开槽内放置的热敏电阻螺旋线圈之间连接形成磁极的方式的示意图；

图5是本发明实施例中转子中心绕组温度检测系统在电机旋转侧整体结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可以实时检测绕线式感应水轮发电机转子中心处绕组温度的方法及系统，能够完成对运行过程中的绕线式感应水轮发电机转子中心部位绕组温度状态的在线监测，并保证一定精度，为水力发电过程中电机的稳定运行提供保障，为电机状态安全提供参考数据，延长机组寿命。

为了实现上述目的，本发明方法的主要思路是：由于双馈水轮发电机转子齿部一般较大，空间足够，可以通过使用将热敏电阻制成螺旋线圈嵌放于转子齿中心部位，再将热敏电阻线圈连接为与电机磁极数目具有一定数量关系的线圈组，从转子集电环处引出电压通过整流和电源稳压装置将变换后的电压通入热敏电阻线圈中，线圈通电后产生磁场。根据热量传导关系，热敏电阻线圈阻值会随电机转子中心绕组温度改变而变化，而通入电压保持不变，故而热敏电阻线圈的电流会变化，从而引起线圈产生磁场的变化，通过测试对应位置定子绕组的反电动势并进行分析，可以得到对应的转子中心处绕组平均温度数据。

具体地，本实施例通过以下方式进行实现：

步骤1、在转子铁心制造加工过程中，在绕线型转子位于轴向中间位置处的齿部中心沿圆周范围均匀在每一个齿上开一个大小合适的圆槽，槽深度与转子绕组槽深相当，槽直径不宜过大以免影响齿部机械强度，足以放入线圈即可。

步骤2、使用热敏电阻制成螺旋线圈，嵌放于转子齿中心处的槽中，线圈匝数可以等于转子绕组匝数，所有线圈嵌放好后引出头尾部按规律连接形成固定的磁极数目，将绕线转子上的电压采用特定方式引出并与确定磁极数的热敏电阻线圈组首尾连接，使热敏电阻线圈获得电压并产生电流，电流在螺旋线管中产生磁场。

步骤3、由于定子部分整个运行过程中固定不动，故而可以埋置测试线并容易进行相关检测。本发明方法在与热敏电阻螺旋线圈放置位置相对应的定子绕组处，取某相绕组部分线圈埋入测试导线，接入外部监测装置测量该位置处选取的部分绕组的反电动势波形。

步骤4、对测试出的反电动势进行傅里叶分析，找出与热敏电阻螺旋线圈形成的磁极对数p_L对应的频率部分，电机运行过程中p_L对应部分磁场的转速为转子实际转速n。

根据电机电磁关系，磁极对数p_L对应的频率f₁为:

f₁＝np_L/60

其中n为电机转子转速，不同于定转子磁动势的同步转速，故频率f₁与发电频率(即接入的电网频率)不同。

由于热敏电阻的阻值会随温度变化而改变，在从绕线转子上引出的通入热敏电阻螺旋线圈中的电压不变的情况下，线圈中电流将会变化，从而导致线圈中产生的磁场强度发生改变，进而影响到与之对应的绕组部分反电势在相应频率下大小发生改变。即上述测量装置所测试的反电势傅里叶分析后与热敏电阻螺旋线圈磁极数对应的频率部分反电势大小会随温度的改变而发生变化。

步骤5、在绕线式水轮发电机正式投入使用前采取分析计算与传感器或热电偶温升实验测试方法，得到频率为f₁的反电势幅值与转子温度之间的关系并列表记录。发电机实际运行过程中便可无需传感器或热电偶，仅通过实时观测所采集的频率为f₁的反电势波形幅值通过查表方式来判断转子中心处绕组最高温度值。

以下结合附图与具体实例对上述内容作进一步的解释说明。

一般的绕线式感应水轮发电机转子铁心都采用开口槽，与本实例中如图1所示的转子铁心结构相类似。

第一步，在绕线式感应水轮发电机转子铁心制造加工过程中，在绕线型转子轴向位于中间位置处，如图2所示；电机径向平面的齿部中心位置沿圆周范围按照图3所示一个齿的开槽方式，在选好的每一个齿上开一个大小合适的圆槽，槽深度与转子绕组槽深基本相当。根据热敏电阻螺旋线圈数均匀选择所需要开槽的转子齿数，槽直径不宜过大以免影响齿部机械强度，如图3所示，足以放入线圈即可。该线圈位置即为绕线式水轮发电机转子绕组最中心位置附近。

第二步，使用热敏电阻制成螺旋线圈，嵌放于上述步骤所开的转子齿中心处的槽中。

本实施例中令线圈匝数N_q等于转子绕组匝数N_r，所有线圈嵌放好后引出头尾部按电流产生磁场的规律连接。本实例中令热敏电阻螺旋线圈连接后形成的磁极对数p_L不等于转子槽数Q₂的整数倍，磁极对数p_L是热敏电阻螺旋线圈总数的一半，热敏电阻螺旋线圈连接形成磁极的方式如图4所示。图4中i为直流电流方向，由于直流稳压升压电源提供的电压不变，热敏电阻阻值会随温度发生变化，则电流i的大小将随着转子轴向结构中心处绕组温度的改变而变化，热敏电阻螺旋线圈匝数不变时，气隙磁场变化仅与电流i有关。N、S分别代表磁极方向。

第三步：从绕线式水轮发电机转子集电环处引出三相交流电压后连接AC/DC变换器，将三相交流电压转换成直流电压后再连接直流稳压升压电源，这些装置可与集电环一起装配在发电机转轴上，将转子上的交流电变换成稳定的直流电压，然后将直流稳压升压电源通过在转轴上开槽埋入导线的方式连接热敏电阻线圈组的首尾端，使热敏电阻线圈获得恒定电压并产生电流，电流则在螺旋线管中产生磁场，整体转子系统结构示意图如图5所示。

第四步：为了使检测到的反电势信号更容易提取，取定子A相绕组与热敏电阻螺旋线圈位置较近的部分埋置测试绕组或直接引出部分A相绕组首尾两端，不接负载，使用示波器等装置测试其空载反电动势波形。

第五步：对测试出的反电动势进行傅里叶分析，找出与热敏电阻螺旋线圈形成的磁极对数p_L对应的频率下反电势幅值大小，根据电机电磁关系，磁极对数p_L对应的频率f₁为:

f₁＝np_L/60

其中n为绕线式感应水轮发电机转子实际转速，不同于定转子磁动势的同步转速n_s：

n_s＝60f/p_m

其中p_m为电机磁极对数，f为发电机电动势频率，一般为接入电网的标准频率50Hz，n与n_s之间的关系为：

n＝n_s(1-s)

上式中s为绕线式感应水轮发电机运行时的转差率。

本实例中选择的频率f₁与发电机电动势频率f的关系如下：

即

其中k为热敏电阻螺旋线圈形成的磁极对数p_L与电机磁极对数p_m之比。本实例中选取p_L与转子槽数Q₂有如下关系：

p_L/Q₂＝分数

根据电机电磁场原理，当p_L不等于转子槽数Q₂的整数倍时，三相感应电机本身产生的气隙磁场中，k(1-s)次谐波含量非常少，故电机本身所产生的k(1-s)次谐波电动势接近为零，这样使得采用本发明所述方法后得到的f₁频率下的电动势更容易被分离与辨识出来。由于热敏电阻的阻值会随温度变化而改变，在通入热敏电阻螺旋线圈中的电压不变的情况下，线圈中电流将会变化，从而导致线圈中产生的磁场强度发生改变，进而影响到f₁频率下反电势的大小。

第六步，在绕线式水轮发电机正式投入使用前采取分析计算与传感器或热电偶温升实验测试方法，得到频率f₁下反电势幅值与转子温度之间的关系并列表记录。本实例采取的方式如下：

绕线式水轮发电机完成了实施方式前三步中热敏电阻螺旋线圈、DC变换器直流电压源以及反电势测试线装配后，在投入前的实验中增加一项测试实验。

1)在绕线式转子中心位置处埋入热电偶，使转子处于静止状态并在转子绕组中通入设计过程中经过分析计算的运行时最大电流，电流作用下绕组开始发热，由于处于静止状态，热电偶可以测量绕线式转子中心位置处导线温度值，根据绝缘能力设定起始检测温度值，当使用F级绝缘时起始检测温度值设定100℃；

2)当测得的转子中心绕组温度达到100℃时立即断开电流和热电偶检测端，用原动机拖动方式使转子达到额定转速，测试此时的定子反电动势波形；

3)上一步测试完毕后重新使转子回到静止状态，接入热电偶检测端，通过通入适当电流等方式使热电偶检测温度值在100℃稳定30分钟后再次断开，采取与步骤2同样的方式测试此时的定子反电动势波形；

4)步骤3结束后再次恢复静止状态，接入热电偶检测端，通入适当电流(为了保护绕组可比运行时最大电流小)继续对转子绕组加热，可设置检测温升间隔，本实例中设置为5℃，即温度达到105℃时立即断开电流和热电偶检测端重复步骤2过程，测试完毕重复步骤3过程，测试105℃稳态状态下定子反电动势波形。以后温升每提高五度都再次重复上述测试过程。

5)根据绝缘等级设定截止温度，为保护电机，F级绝缘可设为145℃，即测试完转子中心绕组温度145℃下稳态运行时的定子反电动势波形后，实验结束。

在上述所有实验过程中需保持直流电压源通入热敏电阻螺旋线圈中的电压不变。

根据传热规律，转子绕组温度的升高必然引起其附近热敏电阻螺旋线圈温度的升高，进而导致线圈电阻变化。在通入电压不变情况下线圈中的电流将发生改变从而让其产生的磁场发生变化，使定子处测得的反电势在f₁频率下的谐波电动势幅值改变。将所有实验测得的定子反电动势波形进行傅里叶分析，找出不同转子绕组中心温度瞬态和稳态下对应的反电动势k(1-s)次谐波频率的幅值并记录，利用计算机数值方法进行数据拟合或延展，形成数据表与温度判断方式，编制计算机分析程序。为了提高检测精度，也可以采用理论分析和热力学有限元仿真模拟分析实际工况的方式，对数据表中的相关系数作进一步修正。

第七步：经过上述所有过程，最终实现无需传感器和热电偶，仅需要在运行中检测定子反电势波形并傅里叶分析出其f₁频率下的谐波电动势幅值，通过计算机查数据表方式找出对应的转子绕组中心温度值，对水轮发电机运行时的温度状态进行实时在线监测，为水力发电过程中电机的稳定运行提供保障，为电机状态安全提供参考数据，延长机组寿命。

综上所述，本实施例相对于现有技术，至少具有如下有益效果：

(1)本发明能够在绕线式感应水轮发电机运行过程中，完成对其内部转子中心部位绕组温度状态的无温度传感器和热电偶实时在线监测并保证一定精度，降低检测系统的故障率与维护成本，为水力发电过程中电机的状态安全提供参考数据，辅助运行控制延长机组寿命。

(2)从绕线式水轮发电机转子集电环处引出三相交流电压后连接AC/DC变换器，将三相交流电压转换成直流电压后再连接直流稳压升压电源，这些装置可与集电环一起装配在发电机转轴上，结构简单，易于实现。

在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种绕线式感应水轮发电机转子绕组温度检测的系统，其特征在于，包括：

绕线型转子，包括多个转子齿，其中若干个转子齿的中心处设有槽；

螺旋线圈，包括热敏电阻，嵌放于所述转子齿的槽中；

电压模块，与所述螺旋线圈连接，用于为所述螺旋线圈提供恒定的直流电压，以使所述螺旋线圈产生电流；

采集分析模块，用于采集螺旋线圈产生的磁场信息，根据磁场信息分析获取绕线型转子上的温度数据；

所述采集螺旋线圈产生的磁场信息，根据磁场信息分析获取绕线型转子上的温度数据，包括：

由于热敏电阻的阻值会随温度变化而改变，在通入螺旋线圈中的电压不变的情况下，线圈中电流根据阻值变化而变化，从而导致线圈中产生的磁场强度发生改变，进而影响到频率f₁下反电势的大小；

根据频率f₁下反电势幅值与转子温度之间的关系，获取绕线型转子上的温度数据；

所述系统还包括预先获取频率f₁下反电势幅值与转子温度之间关系的步骤：

A1、在绕线式转子中心位置处埋入热电偶，使转子处于静止状态，并在转子绕组中通入电流，在电流作用下绕组开始发热，由于处于静止状态，热电偶可以测量绕线式转子中心位置处导线温度值，根据绝缘能力设定起始检测温度值；

A2、当测得的转子中心绕组温度达到起始检测温度值时立即断开电流和热电偶检测端，用原动机拖动方式使转子达到额定转速，测试此时的定子反电动势波形；

A3、步骤A2测试完毕后重新使转子回到静止状态，接入热电偶检测端，通过预设方式使热电偶检测温度值稳定处于起始检测温度值的预设保持时间后再次断开，采取预设方式测试此时定子反电动势波形；

A4、步骤A3结束后再次恢复静止状态，接入热电偶检测端，通入预设电流继续对转子绕组加热，通过设置检测温升间隔，在检测到温度达到设置间隔温度时立即断开电流和热电偶检测端重复步骤A2过程，测试完毕重复步骤A3过程，测试稳态温度状态下定子反电动势波形；

A5、根据绝缘等级设定截止温度，测试完转子中心绕组温度的截止温度稳态状态下定子反电动势波形，结束实验。

2.根据权利要求1所述的一种绕线式感应水轮发电机转子绕组温度检测的系统，其特征在于，所述电压模块包括：

AC/DC变换器，与绕线式水轮发电机的转子集电环连接，用于将三相交流电压转换为直流电压；

直流稳压升压电源，所述直流稳压升压电源的一端与所述AC/DC变换器连接，另一端与所述螺旋线圈连接，用于稳定转换后的直流电压的电压值，以使螺旋线圈上的电压不变。

3.根据权利要求1所述的一种绕线式感应水轮发电机转子绕组温度检测的系统，其特征在于，所述转子齿的槽为圆槽，且槽深度与转子绕组槽深一致；需要开槽的转子齿的数量根据所述螺旋线圈的总个数进行确定。

4.根据权利要求1所述的一种绕线式感应水轮发电机转子绕组温度检测的系统，其特征在于，所述螺旋线圈的线圈匝数N_q等于转子绕组匝数N_r，所有的螺旋线圈嵌放好后引出头尾部按电流产生磁场的规律进行连接。

5.根据权利要求1所述的一种绕线式感应水轮发电机转子绕组温度检测的系统，其特征在于，所述螺旋线圈连接后形成的磁极对数p_L不等于转子槽数Q₂的整数倍，磁极对数p_L是总螺旋线圈个数的一半。

6.根据权利要求5所述的一种绕线式感应水轮发电机转子绕组温度检测的系统，其特征在于，所述磁极对数p_L与转子槽数Q₂的关系如下：

根据电机电磁场原理，当磁极对数p_L不等于转子槽数Q₂的整数倍时，三相感应电机本身产生的气隙磁场中，k(1-s)次谐波含量非常少，k为螺旋线圈形成的磁极对数p_L与电机磁极对数p_m之比，s为绕线式水轮发电机运行时的转差率。

7.一种绕线式感应水轮发电机转子绕组温度检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将螺旋线圈嵌放在绕线型转子的转子齿的槽中；其中所述螺旋线圈包括热敏电阻；

为所述螺旋线圈提供恒定的直流电压，以使螺旋线圈上产生电流；

采集螺旋线圈产生的磁场信息，根据磁场信息分析获取绕线型转子上的温度数据；

所述采集螺旋线圈产生的磁场信息，根据磁场信息分析获取绕线型转子上的温度数据，包括：

由于热敏电阻的阻值会随温度变化而改变，在通入螺旋线圈中的电压不变的情况下，线圈中电流根据阻值变化而变化，从而导致线圈中产生的磁场强度发生改变，进而影响到频率f₁下反电势的大小；

根据频率f₁下反电势幅值与转子温度之间的关系，获取绕线型转子上的温度数据；

所述方法还包括预先获取频率f₁下反电势幅值与转子温度之间关系的步骤：

A1、在绕线式转子中心位置处埋入热电偶，使转子处于静止状态，并在转子绕组中通入电流，在电流作用下绕组开始发热，由于处于静止状态，热电偶可以测量绕线式转子中心位置处导线温度值，根据绝缘能力设定起始检测温度值；

A2、当测得的转子中心绕组温度达到起始检测温度值时立即断开电流和热电偶检测端，用原动机拖动方式使转子达到额定转速，测试此时的定子反电动势波形；

A3、步骤A2测试完毕后重新使转子回到静止状态，接入热电偶检测端，通过预设方式使热电偶检测温度值稳定处于起始检测温度值的预设保持时间后再次断开，采取预设方式测试此时定子反电动势波形；

A4、步骤A3结束后再次恢复静止状态，接入热电偶检测端，通入预设电流继续对转子绕组加热，通过设置检测温升间隔，在检测到温度达到设置间隔温度时立即断开电流和热电偶检测端重复步骤A2过程，测试完毕重复步骤A3过程，测试稳态温度状态下定子反电动势波形；

A5、根据绝缘等级设定截止温度，测试完转子中心绕组温度的截止温度稳态状态下定子反电动势波形，结束实验。

8.根据权利要求7所述的一种绕线式感应水轮发电机转子绕组温度检测的方法，其特征在于，所述频率f₁的表达式如下：

其中，k为螺旋线圈形成的磁极对数p_L与电机磁极对数p_m之比，s为绕线式水轮发电机运行时的转差率，f为发电机电动势频率。